2.2 杂化轨道理论 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第三节 杂化轨道理论 一、杂化轨道理论简介 写出碳原子的价电子排布图 （1）思考碳原子只有两个未成对电子，为什么能形成4个C-H键？ 2s 2p 【思考与讨论】 跃迁 2s 2p 一、杂化轨道理论简介 （2）C原子的2s和2p轨道形状不同，与H原子的1s轨道重叠，形成共价键的键长也不同，为什么CH4是正四面体结构？ 2s 2p 【思考与讨论】 跃迁 2s 2p 如何解决这一矛盾? 鲍林提出了杂化轨道理论 一、杂化轨道理论简介 鲍林为解释分子的立体构型提出杂化轨道理论 当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的1个2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到四个新的能量相同，方向不同的轨道。 鲍林认为： →sp3杂化轨道 一、杂化轨道理论简介 （2）C原子的2s和2p轨道形状不同，与H原子的1s轨道重叠，形成共价键的键长也不同，为什么CH4是正四面体结构？ 2s 2p 【思考与讨论】 跃迁 2s 2p 杂化 sp3 一、杂化轨道理论简介 外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 概 念 一、杂化轨道理论简介 甲烷杂化过程 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ (1)sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化，形成4个sp3 杂化轨道。 (2)形状：每个sp3 轨道为一头大一头小，含有1/4 s轨道和3/4 p轨道的成分 基态 激发态 4个sp3杂化轨道 电子 跃迁 杂化 C 4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道 一、杂化轨道理论简介 甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H σ键，呈正四面体形。 一、杂化轨道理论简介 1.杂化轨道理论 价层电子 空轨道 激发 杂化轨道 轨道重新组合 成对电子中的一个 与激发电子临近 能量相近的原子轨道 吸收能量 ①轨道总数目不变， ②角度和形状发生变化， ③成键时释放能量较多， ④轨道重叠程度更大， 生成的分子更稳定 一、杂化轨道理论简介 2.杂化的条件 ②只有能量相近的轨道间才能杂化，常是同一能级或相近能级的原子轨道。 ①只有在形成化学键时才能杂化，单独的原子不会发生杂化。 一、杂化轨道理论简介 3.杂化的特点 ②杂化后轨道形状、方向发生改变，成键能力增强。 ①杂化前后轨道数目不变。 ③杂化轨道之间要满足最小排斥、最大夹角原理。 ④杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。 ⑤未参与杂化的剩余p轨道可用于形成π键。 一、杂化轨道理论简介 4.杂化的分类 SP2杂化 SP3杂化 SP杂化 二、SP、SP2、SP3三种杂化 1. sp3杂化 像CH4分子中的C原子一样，1个s轨道和3个p轨道杂化而得到4个sp3杂化轨道。 2s 2p 杂化 sp3 x y z x y z z x y z x y z 二、SP、SP2、SP3三种杂化 1. sp3杂化 sp3 sp3 sp3 sp3 109°28′ sp3杂化轨道 （1）轨道夹角是109°28′ （2） 空间结构为正四面体形。 二、SP、SP2、SP3三种杂化 2. sp2杂化 1个s轨道和2个p轨道杂化而得到3个sp2杂化轨道。 杂化 s p p p sp2 p x y z x y z z x y z x y z sp2 sp2 sp2 120° sp2杂化轨道 （1）轨道夹角是120° （2） 空间结构为平面三角形。 （3）剩余1个p轨道不杂化，可以用于形成π键 二、SP、SP2、SP3三种杂化 2. sp2杂化 sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键。 x y z sp2 sp2 sp2 p sp2 sp2 sp2 二、SP、SP2、SP3三种杂化 2. sp2杂化 例 乙烯CH2=CH2分子中碳原子的杂化 乙烯分子结构示意图 π键 乙烯分子中碳原子的sp2杂化 乙烯分子中的σ键 乙烯分子中的π键 σ键 σ键 σ键 σ键 σ键 二、SP、SP2、SP3三种杂化 2. sp2杂化 例 乙烯CH2=CH2分子中碳原子的杂化 乙烯分子中σ键和π键的形成过程 二、SP、SP2、SP3三种杂化 2. sp2杂化 B原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子 跃迁 sp2 杂化 例：BF3分子的形成 与F成键 F F F B 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 3. sp杂化 1个s轨道和1个p轨道杂化而得到2个sp杂化轨道。 杂化 s p p p sp p p 180° x y z x y z z x y z x y z 180° 180° sp杂化轨道 （1）轨道夹角是180° （2） 空间结构为直线型。 （3）剩余2个p轨道不杂化，可以用于形成π键 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 3. sp杂化 sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键。 p p sp sp sp sp x y z x y z 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 3. sp杂化 例 CH≡CH分子中碳原子的杂化 乙炔分子结构示意图 π键 乙炔分子中的σ键 乙炔分子中的π键 σ键 σ键 σ键 π键 乙炔空间填充模型 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 3. sp杂化 例 CH≡CH分子中碳原子的杂化 乙炔分子中σ键和π键的形成过程 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 3. sp杂化 Be原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子跃迁 sp杂化 例 BeCl2分子的形成 与Cl成键 Cl Cl sp px px 180° Cl Cl Be σ键 σ键 二、SP、SP2、SP3三种杂化 180° 杂化类型 sp3 sp2 参与杂化轨道 1个s,3个p 1个s,2个p 杂化轨道数 4个sp3 3个sp2 杂化轨道间夹角 109°28′ 120° 空间结构 正四面体 平面三角形 实 例 CH4、CCl4 CH2=CH2、BF3 sp 1个s,1个p 2个sp 180° 直线形 CH≡CH、BeCl2 小结 杂化轨道类型 二、SP、SP2、SP3三种杂化 思考：观察并总结如何判断中心原子的杂化轨道类型？ 价层电子对数 4 3 2 杂化轨道数＝价层电子对数 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 实例 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 杂化 轨道数 中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道 模型 CO2 SO2 SO3 0 2 2 sp 1 3 3 sp2 0 3 3 sp2 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 实例 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 杂化 轨道数 中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道模型 H2O NH3 CH4 2 4 4 sp3 1 4 4 sp3 0 4 4 sp3 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 中心原子杂化类型的判断方法 ①计算中心原子价层电子对数（σ 键电子对数+孤电子对数） ②杂化轨道数＝价层电子对数(x)，中心原子采取 spx-1 杂化 例1.判断以下分子或离子的中心原子杂化类型。 化学式 σ键电子对 孤电子对 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 BeCl2 CO32- SO32- NH4+ 2 0 2 2 sp 3 0 3 3 sp2 3 1 4 4 sp3 4 0 4 4 sp3 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 杂化轨道数＝价层电子对数 ＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数 价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 VSEPR 理想模型 理想键角 2 3 4 sp 直线形 180° sp2 平面(正)三角形 120° sp3 (正)四面体形 109°28′ →双键(多含一对π电子对)排斥力略大于单键 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 甲醛(HCHO) 116.4° 121.8° 乙烯 CH2=CH2 平面三角形 平面形 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 杂化轨道数＝价层电子对数 ＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数 价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 VSEPR 理想模型 理想键角 2 3 4 sp 直线形 180° sp2 平面(正)三角形 120° sp3 (正)四面体形 109°28′ →双键(多含一对π电子对)排斥力略大于单键 →孤电子对的排斥能力比成键电子对排斥能力强，因此含有孤电子对的键角小于理想键角。 →孤电子对数越多，键角越小。 排斥力顺序：孤—孤 > 孤—键 > 键—键 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 在学习价层电子对互斥模型时，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一样也是四面体形，因此它们的中心原子也是采取了sp3杂化。 109°28′ 107° 105° NH3 H2O CH4 讨论：如何用杂化轨道理论解释氨分子和水分子的空间结构呢？ 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。 思考与讨论: 2s 2p sp3不等性杂化 sp3 →孤电子对对成键电子对的排斥能力较强，故键角小于109°28′，为107° NH3 空间结构：三角锥形 键角：107o 7N 1s22s22p3 107° 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 O原子的2个sp3杂化轨道与2个氢原子的1s原子轨道重叠形成2个O-Hσ键，其中有2个sp3杂化轨道中占有孤电子对。 思考与讨论2: H2O 空间结构：V形 键角为：105o 8O 1s22s22p4 2s 2p sp3不等性杂化 sp3 105° 109°28′ 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 VSEPR模型 —— 预测分子的空间结构 杂化轨道理论 —— 解释分子的空间结构 【归纳小结】 VSEPR模型 预测空间结构 计算价层电子对数 =σ键电子对数+孤电子对数 确定中心原子的杂化轨道类型 →杂化理论和VSEPR模型预测粒子空间结构结果基本一致 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 三、杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 二、SP、SP2、SP3三种杂化 4.中心原子杂化轨道类型的判断 (1)根据杂化轨道数目判断 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系: 杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。 杂化轨道数目 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 二、SP、SP2、SP3三种杂化 (2)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型 ①只有σ键，没有形成π键,采取sp3杂化,如CH4、CCl4等; ②形成一个π键,采取sp2杂化,如CH2 =CH2等; ③形成两个π键,采取sp杂化,如CH≡CH、CO2等。 二、SP、SP2、SP3三种杂化 一、杂化轨道理论简介 一、杂化轨道理论简介 $